Con la creciente búsqueda mundial de energía limpia y desarrollo sostenible, la energía del hidrógeno, como portador de energía eficiente y limpia, está entrando gradualmente en la visión de la gente. Como eslabón clave en la cadena de la industria de la energía del hidrógeno, la tecnología de purificación del hidrógeno no solo se refiere a la seguridad y confiabilidad de la energía del hidrógeno, sino que también afecta directamente el alcance de la aplicación y los beneficios económicos de la energía del hidrógeno.
1.Requisitos para el producto de hidrógeno.
El hidrógeno, como materia prima química y portador de energía, tiene diferentes requisitos de pureza y contenido de impurezas en diferentes escenarios de aplicación. En la producción de amoníaco sintético, metanol y otros productos químicos, para evitar el envenenamiento del catalizador y garantizar la calidad del producto, los sulfuros y otras sustancias tóxicas del gas de alimentación deben eliminarse con anticipación para reducir el contenido de impurezas y cumplir con los requisitos. En campos industriales como la metalurgia, la cerámica, el vidrio y los semiconductores, el gas hidrógeno entra en contacto directo con los productos y los requisitos de pureza y contenido de impurezas son más estrictos. Por ejemplo, en la industria de los semiconductores, el hidrógeno se utiliza para procesos como la preparación de cristales y sustratos, oxidación, recocido, etc., que tienen limitaciones extremadamente altas en impurezas como oxígeno, agua, hidrocarburos pesados, sulfuro de hidrógeno, etc.
2.El principio de funcionamiento de la desoxigenación.
Bajo la acción de un catalizador, una pequeña cantidad de oxígeno en el hidrógeno puede reaccionar con el hidrógeno para producir agua, logrando el propósito de desoxigenación. La reacción es exotérmica y la ecuación de reacción es la siguiente:
2H ₂+O ₂ (catalizador) -2H ₂ O+Q
Debido a que la composición, las propiedades químicas y la calidad del catalizador en sí no cambian antes y después de la reacción, el catalizador se puede utilizar de forma continua sin regeneración.
El desoxidante tiene una estructura de cilindro interior y exterior, con el catalizador cargado entre los cilindros exterior e interior. El componente de calentamiento eléctrico a prueba de explosiones está instalado dentro del cilindro interior y dos sensores de temperatura están ubicados en la parte superior e inferior del empaque del catalizador para detectar y controlar la temperatura de reacción. El cilindro exterior está envuelto con una capa aislante para evitar la pérdida de calor y evitar quemaduras. El hidrógeno bruto ingresa al cilindro interior desde la entrada superior del desoxidante, se calienta mediante un elemento calefactor eléctrico y fluye a través del lecho del catalizador de abajo hacia arriba. El oxígeno del hidrógeno bruto reacciona con el hidrógeno bajo la acción del catalizador para producir agua. El contenido de oxígeno en el hidrógeno que sale por la salida inferior se puede reducir por debajo de 1 ppm. El agua generada por la combinación sale del desoxidante en forma gaseosa con el gas hidrógeno, se condensa en el refrigerador de hidrógeno posterior, se filtra en el separador de aire y agua y se descarga del sistema.
3.Principio de funcionamiento de la sequedad.
El secado del gas hidrógeno adopta el método de adsorción, utilizando tamices moleculares como adsorbentes. Después del secado, el punto de rocío del gas hidrógeno puede alcanzar menos de -70 ℃. El tamiz molecular es un tipo de compuesto de aluminosilicato con una red cúbica, que forma muchas cavidades del mismo tamaño en su interior después de la deshidratación y tiene una superficie muy grande. Los tamices moleculares se llaman tamices moleculares porque pueden separar moléculas con diferentes formas, diámetros, polaridades, puntos de ebullición y niveles de saturación.
El agua es una molécula muy polar y los tamices moleculares tienen una gran afinidad por el agua. La adsorción de tamices moleculares es adsorción física, y cuando la adsorción está saturada, se necesita un período de tiempo para calentarse y regenerarse antes de que pueda volver a adsorberse. Por lo tanto, se incluyen al menos dos secadores en un dispositivo de purificación, uno de los cuales funciona mientras el otro se regenera, para garantizar la producción continua de gas hidrógeno estable al punto de rocío.
El secador tiene una estructura de cilindro interior y exterior, con el adsorbente cargado entre los cilindros exterior e interior. El componente de calentamiento eléctrico a prueba de explosiones está instalado dentro del cilindro interior y dos sensores de temperatura están ubicados en la parte superior e inferior del empaque del tamiz molecular para detectar y controlar la temperatura de reacción. El cilindro exterior está envuelto con una capa aislante para evitar la pérdida de calor y evitar quemaduras. El flujo de aire en el estado de adsorción (incluidos los estados de trabajo primario y secundario) y el estado de regeneración se invierte. En el estado de adsorción, el tubo del extremo superior es la salida de gas y el tubo del extremo inferior es la entrada de gas. En el estado de regeneración, el tubo del extremo superior es la entrada de gas y el tubo del extremo inferior es la salida de gas. El sistema de secado se puede dividir en dos secadores de torre y tres secadores de torre según la cantidad de secadores.
4.Proceso de dos torres
Se instalan dos secadores en el dispositivo, que se alternan y regeneran en un ciclo (48 horas) para lograr un funcionamiento continuo de todo el dispositivo. Después del secado, el punto de rocío del hidrógeno puede alcanzar menos de -60 ℃. Durante un ciclo de trabajo (48 horas), los secadores A y B pasan por estados de trabajo y regeneración, respectivamente.
En un ciclo de conmutación, la secadora experimenta dos estados: estado de trabajo y estado de regeneración.
·Estado de regeneración: El volumen de gas de procesamiento es el volumen de gas completo. El estado de regeneración incluye la etapa de calentamiento y la etapa de enfriamiento por soplado;
1) Etapa de calentamiento: el calentador dentro de la secadora funciona y detiene automáticamente el calentamiento cuando la temperatura superior alcanza el valor establecido o el tiempo de calentamiento alcanza el valor establecido;
2) Etapa de enfriamiento: después de que la secadora deja de calentar, el flujo de aire continúa fluyendo a través de la secadora en la ruta original para enfriarla hasta que la secadora cambia al modo de funcionamiento.
·Estado de funcionamiento: el volumen de aire de procesamiento está a plena capacidad y el calentador dentro de la secadora no funciona.
5.Flujo de trabajo de tres torres
Actualmente, el proceso de tres torres es ampliamente utilizado. En el dispositivo se instalan tres secadores, que contienen desecantes (tamices moleculares) con gran capacidad de adsorción y buena resistencia a la temperatura. Tres secadores alternan entre funcionamiento, regeneración y adsorción para lograr un funcionamiento continuo de todo el dispositivo. Después del secado, el punto de rocío del gas hidrógeno puede alcanzar menos de -70 ℃.
Durante un ciclo de conmutación, el secador pasa por tres estados: funcionamiento, adsorción y regeneración. Para cada estado, se ubica el primer secador al que ingresa el gas hidrógeno crudo luego de la desoxigenación, enfriamiento y filtración de agua:
1) Estado de funcionamiento: el volumen de gas de procesamiento está a plena capacidad, el calentador dentro de la secadora no funciona y el medio es gas hidrógeno crudo que no ha sido deshidratado;
La entrada del segundo secador se encuentra en:
2) Estado de regeneración: 20 % del volumen de gas: el estado de regeneración incluye la etapa de calentamiento y la etapa de enfriamiento por soplado;
Etapa de calentamiento: el calentador dentro de la secadora funciona y deja de calentar automáticamente cuando la temperatura superior alcanza el valor establecido o el tiempo de calentamiento alcanza el valor establecido;
Etapa de enfriamiento: después de que la secadora deja de calentar, el flujo de aire continúa fluyendo a través de la secadora en la ruta original para enfriarla hasta que la secadora cambia al modo de funcionamiento; Cuando el secador está en la etapa de regeneración, el medio es gas hidrógeno seco deshidratado;
La tercera secadora que ingresa está ubicada en:
3) Estado de adsorción: el volumen del gas de procesamiento es del 20 %, el calentador de la secadora no funciona y el medio es gas hidrógeno para la regeneración.
Hora de publicación: 19 de diciembre de 2024
